Отчет по проекту

Завершен этап №2 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 28 ноября 2014 г. №14.607.21.0105 (доп. соглашение № 1 от 30 июня 2015 г.) с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 1 января 2015 г. по 30 июня 2015 г. выполнялись следующие работы:

Программная реализация модулей, реализующих функции сбора и архивации сейсмических данных с удалённых станций.

Программная реализация модулей базовой обработки потока непрерывных цифровых данных.

Программная реализация модуля ЭО ПК для моделирования сейсмического и геодеформационного процессов при перемещении (отборе и нагнетании) жидкости в геосреде.

Получение дополнительных натурных данных о сейсмичности в районе промышленного освоения нефтегазовых месторождений.

Получение дополнительных натурных данных о деформациях земной коры в районе промышленного освоения нефтегазовых месторождений.

Дооснащение аппаратно-программной части существующей локальной сети сейсмических станций для интеграции в ЭО ПК.

Были получены следующие результаты:

С учетом технических требований к ЭО ПК, и разработанной на предыдущем этапе ПНИЭР архитектуры ЭО ПК, осуществлена программная реализация модуля сбора и архивации сейсмических данных с удалённых станций. Разработанный программный модуль выполняет загрузку в общую область памяти компьютера волновых форм, зарегистрированных на удалённых станциях, с применением открытого (унифицированного) протокола SEEDLink. Трансфер данных осуществляется с использованием стека протоколов TCP/IP. Программный модуль реализован на базе свободно распространяемого исходного кода, и направлен на взаимодействие с ПО EARTHWORM. В состав модуля включена разработанная программа DeltaClient, предназначенная для автоматической загрузки данных с регистратора сейсмических сигналов отечественного производства Дельта03 в режиме близком к реальному времени. Программа написана на языке программирования FreePascal v.2.6.2 в среде программирования Lazarus v.1.0.10, и предназначена для работы в ОС Linux с версией ядра 3.0 или выше.

С учетом технических требований к ЭО ПК, и разработанной на предыдущем этапе ПНИЭР архитектуры ЭО ПК, осуществлена программная реализация модуля базовой обработки потока непрерывных цифровых данных. Модуль имеет в своем составе программы детектирования времён вступления сейсмических волн и ассоциации времён вступления сейсмических волн с сейсмическим событием. Программа детектирования времён вступления сейсмических волн в цифровом потоке выполняет анализ волновой формы в формате TRACEBUF2 на предмет наличия сейсмических сигналов по алгоритму STA/LTA. Программа ассоциации времён вступления сейсмических волн с сейсмическим событием с функцией расчёта параметров землетрясений выполняет анализ времен вступлений сейсмических волн, выявляет принадлежность времён вступлений к сейсмическому событию, выполнят локацию события (время в очаге, координаты эпицентра, глубина гипоцентра, RMS). Программный модуль реализован на базе свободно распространяемого исходного кода, и направлен на взаимодействие с ПО EARTHWORM.

С учетом технических требований к ЭО ПК, и разработанной на предыдущем этапе архитектуры ЭО ПК, а также проведенных теоретических исследований, осуществлена программная реализация модуля ЭО ПК для моделирования сейсмических(ого) и геодеформационных(ого) процессов при перемещении (отборе и нагнетании) жидкости в геосреде. В расчетах напряженно-деформированного состояния геосреды используется модифицированная модель М. Био, которая учитывает скорость изменения объемной деформации в уравнении Дарси. Для программной реализации модуля моделирования при движении флюида в рамках модели Био, был применен свободный пакет C++ библиотек OpenFOAM 2.4.0. Этот пакет представляет собой набор скомпилированных модулей, а также их исходных кодов, инкапсулирующих в полном соответствии с принципами объектно-ориентированного программирования все наиболее распространенные объекты и операции вычислительной механики сплошных сред. Также C++-подобным языком описывается расчетная геометрия, граничные и начальные условия и различные параметры среды. Построение модуля расчета напряжений базируется на стандартном решателе из пакета OpenFOAM для упругой деформации изотропного тела. К его коду было добавлена процедура дискретизации и решения уравнения Дарси для порового давления. Расчет может выполняться как в однопотоковом, так и в параллельном режимах, что обеспечивается подключением соответствующего конфигурационного файла. Геодеформационные эффекты оцениваются путем прямого расчета смещений на свободной поверхности вблизи источников закачки или отбора жидкости, что может привести, в частности, к опасному проседанию поверхности. Сейсмические эффекты оцениваются путем расчета максимальных касательных напряжений в пространстве на глубине сейсмогенного слоя (5-15 км) с учетом соотношений, связывающих историческую сейсмичность и скорость накопления касательных напряжений.

На основе предварительных результатов работ осуществлены мероприятия по демонстрации и популяризации результатов, в частности был выполнен доклад на международном семинаре «Schatzalp Induced Seismicity Workshop» 10-13 марта 2015 г. в Давосе (Швейцария) о сейсмичности в районе шельфовых месторождений углеводородов. Кроме того было принято участие во Всероссийской конференции с международным участием «Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска» 26-30 мая 2015 г. в Южно-Сахалинске (Россия) с докладом о новых технологиях мониторинга, разработанных в ходе работ по Соглашению.

За счет внебюджетных средств выполнена обработка данных сейсмологических наблюдений в соответствии с современным уровнем наук о Земле, с использованием современных методик определения координат гипоцентра и магнитуды землетрясений. Полученные натурные данные о сейсмичности в районе нефтегазовых месторождений в январе-июне 2015 г., за счёт размещения новых пунктов наблюдений, а также их программно-аппаратного дооснащения, характеризуются высоким уровнем представительности каталога землетрясений. При этом уверенная локализация некоторой части слабых и микроземлетрясений в прибрежных районах острова, в которых ранее сейсмичность регистрировалась, но не локализовалась из-за дефицита данных, стала возможной за счёт размещения новых станций в рамках предусмотренных работ по Соглашению.

Организация телекоммуникационных каналов связи в новых пунктах наблюдений позволила оперативно проанализировать сейсмическую обстановку района исследований. Для повышения представительности каталога землетрясений запланированы работы по запуску в эксплуатацию новых пунктов непрерывных сейсмологических наблюдений за счет установки приобретенных комплектов сейсмических станций согласно утвержденному плану совместных работ ИМГиГ ДВО РАН и ООО «ГЕОФИЗТЕХ» и Плану-графику Соглашения.

Данные, полученные сетью геодезических наблюдений в 2003-2013 гг., использовались для уточнения связи между сейсмическими и геодеформационными процессами в зоне активных тектонических разломов, в том числе в районе шельфовых нефтегазовых месторождений. Дополнительная обработка результатов наблюдений в 2015 г. с помощью специализированных пакетов программного обеспечения обеспечила высокую точность результатов измерений. В результате моделирования напряженного состояния района на основе скоростей деформаций было получено пространственное распределение осей горизонтальных деформаций за период 2003-2013 гг. для севера о. Сахалин. На основе данных о межсейсмической скорости деформации для Верхне-Пильтунского сейсморазрыва была получена оценка повторяемости землетрясения данной магнитуды (MW 7.0) составляющая около 1100 лет. Эта оценка хорошо согласуется как с интервалами палеоземлетрясений (1200 лет), так и с периодом повторяемости, полученным по натурным данным о сейсмичности региона за январь-июнь 2015 г. В последнем случае использовался эмпирический закон повторяемости Гутенберга-Рихтера. Полученный результат имеет практическое значение, так как позволяет оценить повторяемость сильных землетрясений путем эпизодических (несколько месяцев) наблюдений на площадках строительства.

Задачи этапа № 2 План-графика исполнения обязательств решены в полном объеме. Результаты выполненных работ применимы для продолжения работ по теме ПНИЭР. Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.